Cygnal8051 實驗開發系統

一、適用范圍：

Cygnal8051實驗系統是主要面向各大中專院校開設的《微處理器控制技術》、《單片機應用與接口技術》等課程的基本實驗、課程設計和畢業設計使用而設計的。該系統采用開放式、模塊化的結構，不僅能*相關課程的基本教學實驗要求，而且可以開設全開放的設計性系統實驗。

二、關于Cygnal8051單片機：

1、C8051F單片機簡介

C8051F單片機是*集成的混合信號系統級芯片（SOC），具有與8051兼容的的高速CIP-51內核，與MCS-51指令集*兼容，可以使用標準803x，805x的匯編器和編譯器進行軟件開發。除了具有標準的8051的數字外設部件外，片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬部件和其他數字外設功能部件。這些外設或功能部件包括模擬多路選擇器、可編程增益放大器、ADC、DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBUS/I2C、UART、SPI、CAN、USB、定時器、可編程計數器、定時器陣列（PCA）、數字I/O端口、電源監視器、看門狗定時器（WDT）、JTAG調試電路和時鐘振蕩器等。所有的器件都有內部的FLASH程序存儲器和256字節的的內部RAM，有些器件內部還有位于外部數據存儲器空間的RAM，即SRAM。

2、C8051F021單片機的特點

（1）高速的CIP內核：采用流水線結構，機器周期由標準8051的12個系統時鐘周期降為1個系統時鐘周期，在采用相同振蕩器頻率的情況下，其峰值執行速度是標準8051的12倍。大部分器件的峰值性能達到25MIPS。另外CIP核還擴展了標準8051的中斷系統，可提供22個中斷源，允許大量的模擬和數字外設中斷控制器。

（2）豐富的模擬和數字資源：模擬資源包括由逐次逼近型12位的9通道模擬選擇器和可編程模擬增益控制器組成的完整的ADC系統、2通道的12位模數轉換器（DAC）、兩路模擬電壓比較器；數字資源包括標準8052核的所有數字資源、片內可編程計數器/定時器陣列（PCA）、SPI、SMBUS、UART等資源。需要說明的是SPI、SMBUS內部有自己獨立的定時器、中斷接口及端口，不占用系統資源。

（3）多源復位：C8051F021單片機內部有多達7個復位源：一個片內電源監視器、1個看門狗定時器、1個時鐘丟失檢測器、1個由比較器0提供的電壓檢測器、1個強制軟件復位、CNVSTAR引腳和外部復位引腳。其中外部復位引腳是雙向驅動的，既可接受外部的復位信號引起復位，也可將系統的內部產生的上電復位信號輸出。除了電源監視器復位和外部引腳復位外，其他復位源都可以由用戶通過軟件禁止。

（4）外部數據存儲器：C8051F021單片機片內集成了4K位于外部數據存儲器空間的數據存儲器，用戶可用標準的外部數據存儲器的操作指令對它進行讀、寫操作。同時單片機還具有片外數據存儲器的擴展接口，用戶可通過編程對外部數據存儲器進行操作。

（5）雙重時鐘系統：C8051F021單片機內部有一個能獨立工作的時鐘發生器并具有外部振蕩器驅動電路。內部時鐘分2MHz、4 MHz、8 MHz、16 MHz四種時鐘頻率可選擇，外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷振蕩器、電容、RC電路或外部時鐘源產生系統時鐘，外部時鐘頻率可達25 MHz。時鐘源和頻率可隨時通過軟件切換。

（7）編程數字IO和交叉開關：C8051F021單片機引入了數字交叉開關，改變了以往內部功能和外部引腳的固定對應關系，允許將內部的數字系統資源分配給端口I/O引腳。通過設置交叉開關寄存器將片內的計數器/定時器、串行總線、硬件中斷、ADC轉換啟動輸入、比較器的輸出以及單片機內部的其他數字信號配置到I/O端口，這樣就允許用戶根據需要選擇通用I/O端口和所需的數字資源的組合。

（8）在應用中編程和FLASH安全機制：C8051F021單片機具有可在應用中編程和可在系統中編程的FLASH存儲器，在應用中編程允許用戶將非易失性數據保存到FLASH中。FLASH存儲器還具有安全機制，可以保護程序代碼和數據，以防止被意外讀取或改寫。

（9）在線系統調試：C8051F021單片機具有片內JTAG和調試電路，通過4腳的JTAG接口可以進行非侵入式、全速的在線系統調試。調試系統支持觀察和修改存儲器和寄存器、支持斷點、觀察點、堆棧指示器和單步執行。調試時不占用系統的RAM、程序存儲器、定時期或通訊通道，并且所有的模擬和數字外設都正常工作。

（10）低電壓、低功耗：C8051F021單片機采用低電壓（2.7V—3.6V）供電，并且模擬電源和數字電源內部分開，并可通過內部指令關閉某一功能部件的工作以減少功耗。

三、系統結構簡介：

系統由C8051F021CPU板、基本底板和擴展模塊構成。

l          C8051F021CPU板

Ø         微處理器：C8051F021；

Ø         外部時鐘頻率：22.12MHz；

Ø         電源：從系統取出5V電源，經分離、穩壓輸出三路電源，模擬電源：3.3v；數字電源：3.3V，5V。模擬電源與數字電源分離；

Ø         片外數據存儲器：單片機片外數據存儲器接口映射在單片機的低端口，數據口與地址的低端口復用P3口，地址的口映射在P2口，控制信號（WR、RD、ALE）映射在P0口；

Ø         片內外部數據存儲器：可采用外部數據存儲器的操作指令直接讀、寫；

Ø         模擬端口：電壓比較器的輸入端口、16通道12位ADC輸入端口（高8通道已映射到P1口）、基準電壓輸出端口、基準電壓輸入端口、DAC輸出端口都已引出，并且在比較器的輸入端口、ADC的輸入端口增加了3.3V過壓保護電路；

Ø         數字端口：P0端口、P2端口、P3端口都已引出，并且已上拉到5V，可直接與系統其他數字接口連接；

Ø         JTAG接口：為調試、下載接口，可直接與下載電纜連接；

Ø         模塊接口：與實驗系統配合使用；

l          基本底板上實驗模塊

Ø         8255可編程I/O實驗模塊

Ø         8279可編程鍵盤顯示模塊

Ø         8253可編程定時模塊

Ø         8250可編程串行口模塊

Ø         0832可編程D/A轉換模塊

Ø         0809可編程A/D轉換模塊

Ø         存儲器擴展模塊

Ø         簡單I/O口模塊

Ø         脈沖發生模塊

Ø         LED、發光二極管顯示模塊

Ø         數字開關量輸入模塊

Ø         8259中斷控制模塊

Ø         LCD液晶模塊

Ø         系統、用戶CPLD模塊

l          E-lab擴展接口：支持E-lab全系列模塊.見附6表。

四、可開設的實驗項目：

C8051F021CPU內部功能實驗

實驗一  程序看門狗(WDT) 實驗

實驗二  數字I/O端口實驗

實驗三  內部數字功能模塊實驗

實驗四  內部時鐘選擇實驗

實驗五  外部時鐘選擇實驗

實驗六  可編程計數器/定時器實驗

實驗七  片內的外擴數據存儲器實驗

實驗八  模數轉換（ADC）實驗

實驗九  數模轉換（DAC）實驗

實驗十  電壓比較器實驗

實驗十一  中斷控制實驗

實驗十二  復位控制實驗

C8051F021CPU外部功能實驗

實驗一  串、并轉換控制芯片8250實驗

實驗二  并行口擴展控制芯片8255實驗

實驗三  定時器/計數器擴展控制芯片8253實驗

實驗四  中斷擴展控制芯片8259實驗

實驗五  輸入緩沖芯片74LS244實驗

實驗六  輸出鎖存芯片74LS273實驗

實驗七  模數轉換控制芯片ADC0809實驗

實驗八  數模轉換控制芯片DAC0832實驗

實驗九  片外數據存儲器實驗

實驗十  點陣液晶模塊LCD實驗

單片機實驗的擴展

通過擴展不同種類的E-lab系列實驗模塊的靈活組合，學校可自行開發更多實驗項目，如《微處理器控制技術》、《傳感器技術》、《通訊控制技術》等多種開放的設計性實驗項目：

實驗一  熱敏電阻傳感器實驗

實驗二  溫度開關實驗

實驗三  數字溫度傳感器實驗

實驗四  半導體溫度傳感器實驗

實驗五  熱電偶溫度傳感器實驗

實驗六  紅外對管實驗

實驗七  人體紅外傳感器實驗

實驗八  霍爾電流傳感器實驗

實驗九  可燃氣體傳感器實驗

實驗十  壓力傳感器實驗

實驗十一  濕度傳感器實驗

實驗十二  可變增益A/D/A采集輸出實驗

實驗十三  單片機控制電機轉速實驗（PWM）

實驗十四  接觸式IC卡原理實驗

實驗十五  考勤機實驗

實驗十六  身份認證實驗

實驗十七  LED電壓表實驗

實驗十八  門禁系統設計

五、系統特點簡介：

1、系統采用模塊化、積木式設計，提高了靈活性和適應性；

2、本系統配有集成開發環境（IDE），支持WINDOWS98/20000/XP操作系統，多語言多窗口調試界面友好方便，集源程序編輯、工程文件編譯、連接、調試于一體，支持匯編和C語言兩種開發語言；

3、本實驗裝置既可以連計算機使用，也可以單獨使用；

4、開發功能：獨立支持Cygnal51的單片機開發及仿真；

5、系統功能齊全，可擴展性強：

1）系統支持51系列的MCU；

2）為了解決當前高校畢業生課程設計和畢業設計課題少、設備資源少、投資又太大的難題，更好的幫助學生在畢業后能順利的通過競爭就業，該實驗裝置將系統的三大總線（控制總線、數據總線、地址總線）和系統監控、地址譯碼電路開放給用戶，用戶既可以自己設計相應的功能模塊，也可以通過選購設備廠商提供的擴展模塊，更加方便的完成單片機設計；

6、系統配有CPLD可編程器件，可通過靈活編程完成單片機實驗的二次開發；

7、完*夠實現從單元電路到大系統構成，從原理知識到*技術應用，從支持基礎實驗到課程設計；

8、系統提供上百個實驗項目與課題，解決課程設計、畢業設計的課題問題；從小到大的模塊化設計，無限擴展的組合設計空間提供*淘汰的實驗平臺。開放的設計理念，公開的技術資料，保障驗證性實驗，設計性實驗，電子實訓，達到了學校到社會的無縫連接。

六、實驗室配置方案：

七、相關參數：

外型尺寸(mm)：500*360*100

工作電壓：220v + 10%， 50HZ + 1HZ